به طور متفاوت به دنبال ماده تاریک - دنیای فیزیک

ماده تاریک حدود 85 درصد از کل ماده جهان را تشکیل می دهد و کیهان شناسان معتقدند که نقش مهمی در شکل گیری کهکشان ها داشته است. ما مکان این به اصطلاح ماده تاریک کهکشانی را به لطف بررسی‌های نجومی می‌دانیم که نحوه خمش نور کهکشان‌های دور را در حین حرکت به سمت ما نشان می‌دهد. اما تاکنون، تلاش‌ها برای شناسایی ماده تاریک محبوس شده در میدان گرانشی زمین، با دست خالی انجام شده است، حتی اگر این نوع ماده تاریک - که به عنوان ماده تاریک حرارت‌یافته شناخته می‌شود - باید در مقادیر بیشتری وجود داشته باشد.

مشکل این است که ماده تاریک حرارتی شده بسیار آهسته تر از ماده تاریک کهکشانی حرکت می کند، به این معنی که انرژی آن ممکن است برای ابزارهای معمولی بسیار کم باشد. فیزیکدانان در آزمایشگاه ملی SLAC در ایالات متحده اکنون جایگزینی پیشنهاد شده است که شامل جستجوی ماده تاریک حرارتی شده به روشی کاملاً جدید، با استفاده از حسگرهای کوانتومی ساخته شده از بیت‌های کوانتومی ابررسانا (کیوبیت) است.

یک رویکرد کاملا جدید

ایده روش جدید از SLAC's گرفته شده است نوح کورینسکی، که روی آن کار می کرد طراحی مجدد کیوبیت های ترانسمون به عنوان حسگرهای فعال برای فوتون ها و فونون ها. کیوبیت‌های ترانسمون باید قبل از اینکه به اندازه کافی پایدار شوند تا اطلاعات را ذخیره کنند تا دمای نزدیک به صفر مطلق (273- درجه سانتیگراد) خنک شوند، اما حتی در این دماهای بسیار پایین، انرژی اغلب دوباره وارد سیستم می‌شود و حالت‌های کوانتومی کیوبیت‌ها را مختل می‌کند. انرژی ناخواسته معمولاً مقصر دستگاه خنک‌کننده ناقص یا منبع گرمایی در محیط است، اما به ذهن کورینسکی رسید که می‌تواند منشأ بسیار جالب‌تری داشته باشد: «چه می‌شود اگر ما واقعاً یک سیستم کاملاً سرد داشته باشیم، و دلیل اینکه می‌توانیم خنک کردن آن به این دلیل است که دائماً توسط ماده تاریک بمباران می شود؟

در حالی که کورینسکی به فکر این امکان جدید بود، همکارش در SLAC ربکا لین در حال توسعه یک چارچوب جدید برای محاسبه چگالی مورد انتظار ماده تاریک در داخل زمین بود. با توجه به این محاسبات جدید که لین با آن انجام داد انیربان داس (اکنون یک محقق فوق دکتری در دانشگاه ملی سئول، کره)، این چگالی ماده تاریک محلی می تواند در سطح زمین بسیار زیاد باشد – بسیار بیشتر از آنچه قبلا تصور می شد.

لین توضیح می‌دهد: «داس و من در حال بحث در مورد این بودیم که چه دستگاه‌هایی با آستانه پایین ممکن می‌توانند این چگالی ماده تاریک پیش‌بینی‌شده بالا را بررسی کنند، اما با تجربه کمی قبلی در این زمینه، برای ورودی حیاتی به Kurinsky مراجعه کردیم. داس سپس محاسبات پراکندگی را با استفاده از ابزارهای جدیدی انجام داد که امکان محاسبه نرخ پراکندگی ماده تاریک را با استفاده از ساختار فونون (ارتعاش شبکه) یک ماده مشخص می‌دهد.

آستانه انرژی پایین

محققان محاسبه کردند که یک حسگر کوانتومی ماده تاریک با انرژی های بسیار کم فقط یک هزارم الکترون ولت (1 مگا ولت) فعال می شود. این آستانه بسیار پایین‌تر از هر آشکارساز ماده تاریک قابل مقایسه است و نشان می‌دهد که یک حسگر ماده تاریک کوانتومی می‌تواند ماده تاریک کهکشانی کم انرژی و همچنین ذرات ماده تاریک گرمایی شده را که در اطراف زمین به دام افتاده‌اند را شناسایی کند.

محققان اذعان می کنند که کار زیادی باقی مانده است تا چنین آشکارساز نور روز را ببیند. اول، آنها باید بهترین مواد را برای ساخت آن شناسایی کنند. Leane می‌گوید: «ما در ابتدا به دنبال آلومینیوم بودیم، و این فقط به این دلیل است که احتمالاً بهترین ماده مشخص شده برای آشکارسازها تا کنون استفاده شده است. اما ممکن است معلوم شود که برای نوع محدوده جرمی که ما به آن نگاه می کنیم، و نوع آشکارسازی که می خواهیم استفاده کنیم، شاید ماده بهتری وجود داشته باشد.

اکنون هدف محققان این است که نتایج خود را به کلاس گسترده‌تری از مدل‌های ماده تاریک بسط دهند. لین می‌گوید: «در بخش آزمایشی، آزمایشگاه کورینسکی اولین دور از حسگرهای هدفمند را آزمایش می‌کند که هدف آن ساخت مدل‌های بهتری از تولید شبه ذرات، بازترکیب و تشخیص و مطالعه دینامیک حرارتی شدن شبه ذرات در کیوبیت است، چیزی که کمتر قابل درک است. دنیای فیزیکاست. 'به نظر می رسد که شبه ذرات در یک ابررسانا بسیار کمتر از آنچه قبلا تصور می شد سرد می شونداما با کالیبره شدن و مدل‌سازی بهتر این دینامیک‌ها، نتایج نامطمئن‌تر می‌شوند و ممکن است نحوه ساخت دستگاه‌های حساس‌تر را درک کنیم.

مطالعه به تفصیل در Physical Review Letters به.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/looking-for-dark-matter-differently/